旬邑至漢中鐵路建設方案研究

王智鵬

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

國家能源及電力“十三五”規(guī)劃的發(fā)布[1-2]，對煤炭運輸通道規(guī)劃布局提出了新的形勢要求，陜西省作為重要的煤炭生產(chǎn)基地，將成為煤炭工業(yè)發(fā)展的重點區(qū)域，能源驅(qū)動效應的充分發(fā)揮在有效推進區(qū)域經(jīng)濟建設的同時，對能源供給格局提出了新的要求。在此背景下，作為“陜煤入川渝”的實施基礎(chǔ)，旬邑至漢中鐵路(簡稱“旬漢鐵路”)的建設方案研究對促進川陜渝經(jīng)濟協(xié)作發(fā)展，發(fā)揮陜西能源產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢、促進四川以裝備制造業(yè)為龍頭的耗能工業(yè)發(fā)展等將具有重大意義。

1 旬漢鐵路概況

1.1 線路地理位置

旬漢鐵路位于陜西省咸陽市、寶雞市和漢中市。線路北起咸陽市北部旬邑縣，向西南經(jīng)麟游北部礦區(qū)，利用既有寶麟鐵路經(jīng)鳳翔西至寶中鐵路千河站后引入寶雞樞紐，出寶雞樞紐后向南經(jīng)留壩縣在陽安線褒河站接軌，后沿既有陽安線抵達漢中市漢中站，線路位置及走向如圖1所示。

圖1 旬漢鐵路地理位置示意

1.2 建設必要性

通過經(jīng)濟社會、綜合交通、區(qū)域規(guī)劃及新型城鎮(zhèn)化等多視角系統(tǒng)分析[3-5]，旬漢鐵路的建設必要性主要體現(xiàn)為：一是加快推進我國“十縱十橫”綜合運輸大通道中臨河至磨憨縱向新通道建設的需要；二是完善區(qū)域鐵路網(wǎng)布局，構(gòu)建寧陜及隴東地區(qū)與川渝地區(qū)間南北縱向新通道的需要；三是發(fā)揮促進陜川渝地區(qū)優(yōu)勢資源互補，促進區(qū)域經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展，響應國家精準扶貧戰(zhàn)略的需要；四是強化區(qū)域綜合交通體系，改善陜南地區(qū)交通條件，打造寶雞國家級綜合交通樞紐的需要；五是響應國家新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略，加速沿線城鎮(zhèn)化進程的需要。綜上研究，旬漢鐵路建設對帶動區(qū)域經(jīng)濟、社會、交通、旅游、新型城鎮(zhèn)化等方面發(fā)展具有重要的推動意義，其建設必要性突出。

2 功能定位及主要技術(shù)標準

2.1 功能定位

旬漢鐵路北接西平鐵路，中連隴海鐵路、寶中鐵路、北寶成鐵路，南連后方通道陽安鐵路、漢巴南鐵路。向北可到達彬長和旬東礦區(qū)，向南可到達漢中及西南地區(qū)，主要承擔關(guān)中、隴東及寧夏、內(nèi)蒙古與陜南、川東北地區(qū)及重慶、昆明、貴陽等西南地區(qū)間的客貨交流及沿線地區(qū)客貨交流任務。

因此，結(jié)合本線與路網(wǎng)中相關(guān)線路關(guān)系及其建設必要性，研究確定本線定位為：我國“十縱十橫”綜合運輸大通道中臨河至磨憨縱向新通道中段的重要組成部分[6]，寧陜及隴東地區(qū)與川渝地區(qū)間南北縱向新通道的骨架干線，陜西與川渝地區(qū)最便捷的能源新通道組成，在路網(wǎng)上可減輕北寶成鐵路的運輸壓力，是一條以貨為主、客貨共線的區(qū)域路網(wǎng)干線鐵路。

2.2 運量預測

基于旬漢鐵路所在區(qū)域鐵路網(wǎng)，分別采用“四階段法”[7-8]及產(chǎn)運銷平衡法[9]預測旬漢鐵路客貨運輸需求，以旬邑至漢中為下行方向，預測結(jié)果如表1所示。

表1 旬漢鐵路區(qū)段貨流密度、旅客列車對數(shù)預測

2.3 主要技術(shù)標準

從旬漢鐵路功能定位、運輸組織、與相鄰線協(xié)調(diào)匹配性、需求適應性等方面論證[10-13]，并進行技術(shù)標準耦合性分析[14]，研究確定本線主要技術(shù)標準如表2所示。

表2 主要技術(shù)標準的推薦意見

3 線路方案研究

線路由南向北經(jīng)過千河階地區(qū)、渭北黃土臺塬區(qū)、黃土溝梁低中山區(qū)、關(guān)中(渭河)盆地、秦嶺山地和漢中盆地6個地貌單元，根據(jù)既有鐵路分布情況，沿線地形、地質(zhì)條件，綜合考慮主要經(jīng)濟據(jù)點及線路重點控制工程的分布情況，分段對線路走向方案進行研究，線路方案研究中綜合運用工程地質(zhì)選線、環(huán)境工程選線等方法[15-17]。

3.1 旬邑至寶雞段方案

本段受沿線經(jīng)濟據(jù)點、保護區(qū)和既有寶麟鐵路位置控制，線路走向較為明確，為東北—西南方向，根據(jù)沿線地形、地質(zhì)條件，結(jié)合環(huán)境敏感點、礦區(qū)和既有線站點分布，重點研究與既有寶麟鐵路接軌方案，即招賢接軌方案AK、楊家河接軌方案A1K和姚家溝接軌方案A2K，如圖2所示。

圖2 旬邑至寶雞段線路方案比選示意

工程地質(zhì)條件方面，三方案均位于黃土梁峁地區(qū)，工程形式以橋梁隧道工程為主，工程地質(zhì)條件相當。接軌條件方面，招賢站為既有中間站，線路引入招賢站工程較簡單；楊家河站為既有會讓站，雖引入車站工程量不大，但車站北端為5.1 km的楊坪隧道，需在既有隧道東側(cè)預留適當距離新建隧道工程，且需要增加和延長既有到發(fā)線；姚家溝站為預留曲線車站，車站東端為1.9 km的楊家山隧道，同樣需要在既有隧道東側(cè)預留適當距離新建隧道工程，且該站跨溝設置，開站將增加較大的橋涵工程。運營長度方面，三方案中招賢接軌方案新建線路長度最短，楊家河接軌方案次之，姚家溝接軌方案最長，但從運營長度分析，招賢接軌方案分別較楊家河接軌方案和姚家溝接軌方案長5.0 km和9.6 km。工程投資方面，招賢接軌方案新建線路長度最短、投資最省，較楊家河、姚家溝接軌方案靜態(tài)投資分別減少62 921.4萬元、109 947.4萬元。

3.2 寶雞至留壩段方案

寶雞至留壩段線路需翻越黃河與長江水系分水嶺秦嶺，嶺北山勢挺拔，地形陡峻，河流源短流急，谷狹坡陡。本段以重點控制工程秦嶺隧道不同越嶺位置，不同隧道長度選擇情況共研究了沿清姜河方案AK、展線經(jīng)太白縣方案A1K以及長隧道取直方案A2K三個方案，線路走向如圖3所示。

圖3 寶雞至留壩段線路方案比選示意

保護區(qū)關(guān)系方面，各方案均無法完全繞避秦嶺分布的各類保護區(qū)。沿清姜河方案以隧道群通過天臺山國家級風景名勝區(qū)，長隧道通過天臺山國家級森林公園，穿越長度相對較短；展線經(jīng)太白縣方案以隧道群穿過紅河谷省級森林公園及太白山國家級自然保護區(qū)，雖長度較長但位置靠近邊緣；長隧道取直方案穿過天臺山國家級風景名勝區(qū)及森林公園，穿越長度較長。沿線經(jīng)濟點影響方面，三方案均能經(jīng)過留壩縣，展線經(jīng)太白縣方案可經(jīng)過太白縣。地質(zhì)及橋隧工程設置條件方面，總體工程地質(zhì)條件差別不大，但橋隧總長度越長，地質(zhì)條件引起的工程風險則相對更為突出。工程投資方面，沿清姜河方案總費用現(xiàn)值156.9億元、投資最省，較展線經(jīng)太白縣及長隧道取直方案分別節(jié)省57.1億元及1 978.7萬元。

3.3 留壩至漢中段方案

本段地處秦嶺山區(qū)、漢中盆地以及大巴山北麓，線路比較段落自留壩附近至米倉山越嶺隧道進口。漢中盆地分布東西走向陽安線，本線與其交叉(或接軌)。沿線可利用主要溝谷為漢江支流褒河、濂水河及冷水河，主要經(jīng)濟據(jù)點漢中座落于漢江南岸，南鄭縣位于濂水河右岸入江口附近。考慮引入漢中地區(qū)方案選擇，本段主要研究了褒河接軌沿濂水河AK、新設漢中東站沿冷水河A5K、史寨接軌沿冷水河A6K及褒河接軌沿冷水河A7K四個方案，方案走向具體如圖4所示。

圖4 留壩至漢中段線路方案比選示意

運營管理及運輸組織方面，褒河接軌沿濂水河方案可充分利用既有設施，旅客換乘方便，但通過客車需在漢中折角，運輸組織較復雜，運營距離較長。史寨接軌沿冷水河、褒河接軌沿冷水河方案可充分利用既有設施，地區(qū)客車集中漢中站辦理，旅客換乘方便，便于管理；除西安方向動車外，其他方向客貨運輸徑路順暢，運輸組織方便；缺點是運營距離長；新設漢中東站沿冷水河方案地區(qū)客車分別由漢中和漢中東站辦理，未能充分利用既有客運設施，管理相對分散，運輸組織相對復雜，但運輸徑路順暢，運營距離最短。

聯(lián)絡線工程設置難度方面，褒河接軌沿濂水河方案在史寨修建陽平關(guān)方向聯(lián)絡線，同時需修建漢中站客車聯(lián)絡線，與本線及褒河貨車疏解線互相制約，工程設置具有一定難度；史寨接軌沿冷水河、褒河接軌沿冷水河方案分別在史寨、歐家坡修建陽平關(guān)方向聯(lián)絡線，制約因素少，工程設置難度??；新設漢中東站沿冷水河方案修建各方向聯(lián)絡線長度45.6 km，聯(lián)絡線需連續(xù)跨既有陽安線、貨車外繞線、G108國道及西成高鐵線，跨線立交橋制約因素多，孔跨布置難度大。

工程地質(zhì)條件方面，各方案均由秦嶺山區(qū)經(jīng)漢中盆地至大巴山區(qū)，總體工程地質(zhì)條件相當，褒河接軌沿濂水河方案布線段地質(zhì)條件相對較好，其余方案沿冷水河段溝谷深切，兩岸滑坡、溜坍、崩塌、巖溶等不良地質(zhì)發(fā)育，工程地質(zhì)條件相對較差。

城市規(guī)劃方面，褒河接軌沿濂水河方案線路穿規(guī)劃區(qū)西南側(cè)，分割城市發(fā)展備用地，對城市規(guī)劃有一定的影響；史寨接軌沿冷水河、褒河接軌沿冷水河方案雖西東向橫穿規(guī)劃區(qū)，但線路沿既有通道布線，對城市規(guī)劃總體影響較?。恍略O漢中東站沿冷水河方案位于規(guī)劃主城區(qū)發(fā)展地帶，分割城市發(fā)展方向，對其分割影響較大。

環(huán)保方面，褒河接軌沿濂水河方案稍差，其余方案差別不大，褒河接軌沿濂水河方案需以隧道穿石門國家水利風景區(qū)、省級褒河森林公園、省級南湖—紅寺湖風景名勝區(qū)，橋跨省級漢江濕地保護區(qū)；史寨接軌沿冷水河、褒河接軌沿冷水河方案在褒河站前需以隧道穿石門國家水利風景區(qū)、省級褒河森林公園、橋跨省級漢江濕地保護區(qū)；新設漢中東站沿冷水河方案隧道穿天臺國家森林公園、省級褒河森林公園，橋跨省級漢江濕地保護區(qū)。

工程投資方面，褒河接軌沿濂水河方案靜態(tài)投資126.1億元，較新設漢中東站沿冷水河方案、史寨接軌沿冷水河方案分別省3.9億元、4.8億元，較褒河接軌沿冷水河方案貴6.6億元。

3.4 線路方案綜合決策

3.4.1 方案綜合決策

針對線路分段方案工程技術(shù)特征，從工程技術(shù)條件、環(huán)境保護、規(guī)劃協(xié)調(diào)等方面考慮，綜合選取工程條件、工程地質(zhì)、運營管理、工程投資、接軌條件、環(huán)境保護、經(jīng)濟影響以及城市規(guī)劃等8項指標為各分段方案決策要素，綜合運用后悔理論與理想點法[18-19]，采用后悔理想點法即RT-TOPSIS模型對線路方案進行綜合決策，決策過程如下。

(1)按照優(yōu)劣程度將決策要素劃分為高、較高、中、較低、低五個等級，然后應用AHP法中的相對量度方法進行決策要素定量規(guī)范化，生成線路方案決策矩陣。

(2)應用后悔理論模型，確定目標策略及完全錯誤策略；分類運用效益型錯誤函數(shù)和成本型錯誤函數(shù)測算錯誤值，并應用投影原理確定各個屬性錯誤極限損失值后，計算確定錯誤損失矩陣如表3所示。

(3)應用TOPSIS法以各方案錯誤損失序列與正、負理想點接近程度集結(jié)錯誤損失序列，結(jié)果如表4所示。

表3 錯誤損失矩陣

表4 錯誤損失序列集結(jié)值

(4)根據(jù)錯誤損失序列集結(jié)值，各段線路最優(yōu)方案決策結(jié)果分析如下。

旬邑至寶雞段：招賢接軌方案為最優(yōu)方案，其主要優(yōu)勢在于該方案雖運營長度最長，但新建線路最短，工程投資最省，接軌站接軌條件也最好，可有效促進麟游礦區(qū)資源良性配置，帶動地方經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展。

寶雞至留壩段：沿清姜河方案為最優(yōu)方案，其主要優(yōu)勢在于該方案雖不能經(jīng)過太白縣，越嶺主隧道長度長，但其線路短直，橋隧工程設置條件好，考慮運營費后投資最省。

留壩至漢中段：褒河接軌沿濂水河方案為最優(yōu)方案，其主要優(yōu)勢在于該方案運營長度較短，主要方向貨運列車徑路順暢，能夠充分利用既有客貨運設施，工程投資適宜。

3.4.2 方案研究結(jié)論

根據(jù)分段方案綜合決策結(jié)果，旬漢鐵路線路走向具體為：線路北起咸陽市旬邑縣城東北側(cè)新建旬邑站，出站后沿三水河河谷而下，在河谷內(nèi)陳家河村設陳家河站、劉家河村設廟香站，線路出廟香站后于孫家溝村南側(cè)跨越?jīng)芎?，再向西沿拜家河足坡而上，下穿銀西高鐵后于咀頭村北側(cè)設蒙家?guī)X站，線路再以長隧依次下穿西平鐵路、福銀高速，繼續(xù)向西分別經(jīng)馬家灣村、金莊寺村，后折向西南以長隧在四郎池水庫水源保護地南側(cè)穿越翠屏山至寶雞市地界，線路再以橋隧相連工程折向西在縣北河北岸臺地設崖家河站，出站以長隧分別穿越上野峪和堡子山后引入既有寶麟鐵路招賢站。從招賢至鳳翔西，利用并電氣化改造寶麟鐵路至鳳翔西站。后從鳳翔西站南端新建線路足坡展線而下，在王家村東南設王家村站，出站繼續(xù)展線引入既有寶中鐵路的千河站。爾后，自既有寶中鐵路千河站和隴海鐵路臥龍寺站分線引出至屈家村合線，向南跨渭河下穿西寶高鐵轉(zhuǎn)向西，沿西寶高鐵行至寶雞南站并場設站，出寶雞南站后線路轉(zhuǎn)向南足坡而上，以長隧穿越秦嶺至褒河支流西河，其后線路以橋隧相連工程沿西河而下至獅子壩轉(zhuǎn)向西南穿玉皇廟隧道至北棧河，沿河谷轉(zhuǎn)向東于留壩縣城東南大灘村設留壩站，出站后線路轉(zhuǎn)向東南繼續(xù)以橋隧相連工程前行至褒河岸邊，沿河而下經(jīng)馬道驛至楊家莊轉(zhuǎn)向東引入陽安線褒河站，后沿既有線增建二線至漢中站；同時，在褒河站前設陽平關(guān)方向聯(lián)絡線。

4 結(jié)論

旬邑至漢中鐵路作為陜西與川渝能源新通道的重要組成，其合理規(guī)劃建設對項目效益、經(jīng)濟社會影響等方面具有重要的保障作用。本文基于建設必要性、功能定位以及運量預測等研究結(jié)論，從本線運輸組織、與相鄰線協(xié)調(diào)匹配性、需求適應性等方面綜合考慮，提出了分段化的線路技術(shù)標準。然后，根據(jù)區(qū)域既有鐵路分布，沿線地形、地質(zhì)條件，結(jié)合項目影響區(qū)內(nèi)主要經(jīng)濟據(jù)點及重點控制工程分布情況，分段對線路走向方案進行了研究。最后，采用RT-TOPSIS模型以工程技術(shù)條件、環(huán)境保護、規(guī)劃協(xié)調(diào)等要素為決策屬性，對各分段線路方案進行綜合決策，結(jié)果顯示，旬漢鐵路旬邑至寶雞段、寶雞至留壩段、留壩至漢中段最優(yōu)線路方案分別為招賢接軌方案、沿清姜河方案和褒河接軌沿濂水河方案，以此為基礎(chǔ)，對旬漢鐵路整體線路走向進行了闡述說明。